CN104475318A - 低阻抗超声加工换能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低阻抗超声加工换能器，其包括磨头、压电陶瓷组件和变幅杆，磨头通设置在变幅杆的首端，该变幅杆的安装联接部两侧面上交错设有上、下凹槽，压电陶瓷组件设置在变幅杆的尾部，压电陶瓷组件包括至少四块依次叠置，且相并联的压电陶瓷；本发明的结构设计合理，巧妙将多个压电陶瓷进行叠置、并联，整体结构紧凑，体积小，阻抗低，有效降低能耗，提升工作效率；而且安装联接部上设有上、下凹槽，呈交错结构设置，轮廓类似Z字形，能较好地与机器外部相结合，有效地避免了超声能量向外扩散，确保了超声能量有效传递到被加工材料，从而保证超声能量的传递路径，加工效果好，可以对蓝宝石、铁氧体、氧化锆等硬脆材料进行有效的加工。

Description

低阻抗超声加工换能器

技术领域

本发明涉及换能器技术领域，特别涉及一种低阻抗超声加工换能器。

背景技术

当前一些特殊材料应用越来越广泛，比如玻璃、蓝宝石、碳化硅、复合材料等。这些材料由于机械特性很硬脆，导致采用传统的加工工艺无法满足这些材料的加工精度的要求。当前行业采用了超声能量辅助的方式，结合现有机床的高速旋转，用于这类硬脆材料的可加工性、加工精度、以及提高加工刀具的寿命。在超声辅助加工中，超声能是加工工艺最为关键的参数，其起到激发材料原子能，降低切削力等作用。换能器(Transducer)是超声加工中提供超声能量的核心执行机构，其工作原理为利用压电逆效应将频率电信号转换为高频超声振动，并将超声能传输到加工材料。换能器作为超声能量传递的载体，其工作性能直接影响加工材料的表面精度、加工效率、刀具寿命。为保证材料的加工精度与效率，需要精确控制换能器的超声能量传递与振动模式。

此外，在机床主轴上增加超声波模块，如果换能器的振动特性不得到有效的控制，将会影响到机床的主轴，尤其会影响到主轴的轴承，将对主轴的旋转特性与寿命产生负面作用。同时阻抗较大，能量损耗多，发热明显，难以保证工作的稳定性。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，阻抗小，能量损耗少，发热低，同时也确保了超声振动能量有效地向磨头工具传递，有效提升加工效率且使用寿命长的低阻抗超声加工换能器。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种低阻抗超声加工换能器，其包括磨头、压电陶瓷组件和变幅杆，所述磨头通过夹头设置在所述变幅杆的首端，该变幅杆的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部，该安装联接部朝向所述磨头的一端面下部设有下凹槽，另一端面上部设有上凹槽，所述压电陶瓷组件通过连接部件设置在所述变幅杆的尾部，所述压电陶瓷组件包括至少四块依次叠置，且相并联的压电陶瓷。

作为本发明的进一步改进，所述夹头包括压帽和夹筒，所述变幅杆的前端面中心位置设有安装所述夹筒相的装配腔，外缘位置设有与所述压帽相适配的装配凹位，所述夹筒的封闭一端插入装配腔内，开口一端呈逐渐增大状，且呈圆心对称设有多条夹紧裂槽，所述压帽套设在所述装配凹位上，且中心位置设有缩紧卡孔，并在所述夹筒的开口一端设有与该缩紧卡孔相适配的卡头。

作为本发明的进一步改进，所述磨头、压电陶瓷组件和变幅杆均同心于基准轴心。减少非轴向振动的影响，以确保作单一的轴向运动，不仅大大提高超声能量传递效率，保证加工质量，且能提升主轴的旋转特性和延长其使用寿命。

作为本发明的进一步改进，所述连接部件包括螺钉和盖体，该螺钉包括头部和与该头部相连接的杆部，该杆部依次贯穿所述盖体和压电陶瓷组件，并旋入所述变幅杆的尾端面。结构设计合理，安装使用方便。

作为本发明的进一步改进，所述盖体、压电陶瓷组件和变幅杆的外表面为粗糙面，能有效减少超声能量的损耗与寄生模态的生成。

作为本发明的进一步改进，所述安装联接部上呈圆心对称设有多个安装孔，方便安装使用，给工作带来便利。

作为本发明的进一步改进，所述变幅杆的尾部端面的中心位置凸起形成一与所述压电陶瓷组件的外形轮廓相适配的安装凸台。不仅装配效果好，且保证超声能量的传递路径，提升超声能量传递效率，具有良好的工作性能。

本发明的有益效果为：本发明的结构设计合理，巧妙将多个压电陶瓷进行叠置、并联，并合理设置其位置，整体结构简单、紧凑，体积小，阻抗低，有效降低能耗，提升工作效率；同时安装联接部上设有上、下凹槽，从横截面方向看，呈交错结构设置，轮廓类似Z字形，能较好地与机器外部相结合，且结合效果好，有效地避免了超声能量向外扩散，确保了超声能量有效传递到被加工材料，从而保证超声能量的传递路径，不仅大大提升超声能量传递效率，而且又能保证机床主轴的旋转性能，进而保证加工效果，工作稳定性好，使用寿命长，易于广泛推广使用，可以对蓝宝石、铁氧体、氧化锆等硬脆材料进行有效的加工。

下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的分解结构示意图。

图3是本发明中变幅杆的结构示意图。

具体实施方式

实施例：见图1、图2和图3，本发明提供的一种低阻抗超声加工换能器，其包括磨头1、压电陶瓷组件2和变幅杆3，所述磨头1通过夹头4设置在所述变幅杆3的首端，该变幅杆3的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部31，该安装联接部31朝向所述磨头1的一端面下部设有下凹槽311，另一端面上部设有上凹槽312，从横截面方向看，呈交错结构设置，轮廓类似Z字形。所述压电陶瓷组件2通过连接部件5设置在所述变幅杆3的尾部，所述压电陶瓷组件2包括至少四块依次叠置，且相并联的压电陶瓷21。本实施例中，优选将四块压电陶瓷21相叠置，各个压电陶瓷21采用并联方式连接，在保证具有小体积的基础上，有效降低阻抗，耗能低。其它实施例中，可以采用六块压电陶瓷21进行叠置，且并联连接。当然，也可以采用八块或更多块压电陶瓷21进行叠置，且并联连接。

较佳的，所述磨头1、压电陶瓷组件2和变幅杆3均同心于基准轴心。减少非轴向振动的影响，以确保作单一的轴向运动，不仅大大提高超声能量传递效率，保证加工质量，且能提升主轴的旋转特性和延长其使用寿命。为方便安装使用，在所述安装联接部31上呈圆心对称设有多个安装孔35，给工作带来便利。

参见图2和图3，所述夹头4包括压帽41和夹筒42，所述变幅杆3的前端面中心位置设有安装所述夹筒42相的装配腔32，外缘位置设有与所述压帽41相适配的装配凹位33，所述夹筒42的封闭一端插入装配腔32内，开口一端呈逐渐增大状，且呈圆心对称设有多条夹紧裂槽421，所述压帽41套设在所述装配凹位33上，且中心位置设有缩紧卡孔411，并在所述夹筒42的开口一端设有与该缩紧卡孔411相适配的卡头422。

具体的，参见图1和2，所述连接部件5包括螺钉51和盖体52，该螺钉51包括头部和与该头部相连接的杆部，该杆部依次贯穿所述盖体52和压电陶瓷组件2，并旋入所述变幅杆3的尾端面。结构设计合理，安装使用方便。

在本实施例中，优选的，所述盖体52、压电陶瓷组件2和变幅杆3的外表面为粗糙面，其中所述盖体52、压电陶瓷组件2的表面粗糙度为0.4μm，所述变幅杆3的表面粗糙度为0.8μm，这样能尽可能地减少超声能量的损耗与寄生模态的生成。

参见图3，还可以使所述变幅杆3的尾部端面的中心位置凸起形成一与所述压电陶瓷组件2的外形轮廓相适配的安装凸台34。不仅装配效果好，且保证超声能量的传递路径，提升超声能量传递效率，具有良好的工作性能。

工作时，由于本发明巧妙将多个压电陶瓷进行叠置、并联，并合理设置其位置，有效降低阻抗，耗能低，发热量少，保证工作的稳定性。同时在安装联接部31上设有下凹槽311和上凹槽312，横截面轮廓呈Z字形，能较好地与机器外部相结合，且结合效果好，有效地超声能量的向外传递，从而保证超声能量的传递路径，不仅大大提升超声能量传递效率，而且又能保证机床主轴的旋转性能，进而保证加工效果，具有良好的工作性能，可以对蓝宝石、铁氧体、氧化锆等硬脆材料进行有效的加工。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制，采用与其相同或相似的其它换能器，均在本发明保护范围内。

Claims (7)

1.一种低阻抗超声加工换能器，其特征在于：其包括磨头、压电陶瓷组件和变幅杆，所述磨头通过夹头设置在所述变幅杆的首端，该变幅杆的尾部外侧面径向凸起形成一安装联接部，该安装联接部朝向所述磨头的一端面下部设有下凹槽，另一端面上部设有上凹槽，所述压电陶瓷组件通过连接部件设置在所述变幅杆的尾部，所述压电陶瓷组件包括至少四块依次叠置，且相并联的压电陶瓷。

2.根据权利要求1所述的低阻抗超声加工换能器，其特征在于，所述夹头包括压帽和夹筒，所述变幅杆的前端面中心位置设有安装所述夹筒相的装配腔，外缘位置设有与所述压帽相适配的装配凹位，所述夹筒的封闭一端插入装配腔内，开口一端呈逐渐增大状，且呈圆心对称设有多条夹紧裂槽，所述压帽套设在所述装配凹位上，且中心位置设有缩紧卡孔，并在所述夹筒的开口一端设有与该缩紧卡孔相适配的卡头。

3.根据权利要求1或2所述的低阻抗超声加工换能器，其特征在于，所述磨头、压电陶瓷组件和变幅杆均同心于基准轴心。

4.根据权利要求3所述的低阻抗超声加工换能器，其特征在于，所述连接部件包括螺钉和盖体，该螺钉包括头部和与该头部相连接的杆部，该杆部依次贯穿所述盖体和压电陶瓷组件，并旋入所述变幅杆的尾端面。

5.根据权利要求4所述的低阻抗超声加工换能器，其特征在于，所述盖体、压电陶瓷组件和变幅杆的外表面为粗糙面。

6.根据权利要求1所述的低阻抗超声加工换能器，其特征在于，所述安装联接部上呈圆心对称设有多个安装孔。

7.根据权利要求1或6所述的低阻抗超声加工换能器，其特征在于，所述变幅杆的尾部端面的中心位置凸起形成一与所述压电陶瓷组件的外形轮廓相适配的安装凸台。